(57)【要約】【課題】鋳造用中子において、製造効率を低下させることなく、かつ簡素な装置構成により、成形品の離型性を向上することができるようにする。【解決手段】鋳造型１０の中子４を、キャビティ底面５ａからキャビティ６の内部側に向かって、成形品の抜き方向に沿って突設され、キャビティ６内に導入される溶湯に接触する中子型面が外表面に形成された外中子部材１と、外中子部材１の内側で抜き方向に沿って延ばされ、外中子部材１からの伝熱を抑制する断熱膜２を挟んで外中子部材１の内周面１ｃで固定された内中子部材３とを備え、内周面１ｃは、内中子部材３のテーパ部３ａに対する変形を拘束するように設けられるとともに、内周面１ｃでは、側面１ａと内周面１ｃとの、抜き方向に直交する方向の間隔が、基端側よりも先端側の方が大きな間隔となるように設けられた構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶湯から成形品を鋳造する鋳造型のキャビティ内に設けられた鋳造用中子であって、
前記キャビティの内面から前記キャビティの内部側に向かって、前記成形品の抜き方向に沿って突設され、前記キャビティ内に導入される前記溶湯に接触する中子型面が外表面に形成された外中子部材と、
該外中子部材の内側で前記抜き方向に沿って延ばされ、前記外中子部材からの伝熱を抑制する断熱層部を挟んで前記外中子部材の内側の固定部で固定された内中子部材とを備え、
前記外中子部材の内側の固定部は、
少なくとも、前記キャビティの内面近傍の基端固定部と、前記キャビティの内部側の先端部における先端固定部とにおいて、それぞれ前記内中子部材の外周面に対する前記外中子部材の内側の変形を拘束するように設けられるとともに、
前記基端固定部から前記先端固定部までの前記各固定部における、前記抜き方向に対する側面側の前記外中子部材の外周面と前記固定部との、前記抜き方向に直交する方向の各間隔が、前記基端固定部側よりも前記先端固定部側の方が大きな間隔となるように設けられたことを特徴とする鋳造用中子。
【請求項２】
前記内中子部材は、
前記キャビティの内面から前記キャビティの内部側に向かって、外形寸法が減少する凸部を備え、
前記外中子部材は、
前記内中子部材の前記凸部に沿う形状の凹部を有するともに、該凹部の内周面から前記中子型面までの前記抜き方向に直交する断面での厚さが、前記キャビティの内面から前記キャビティの内部側に向かって増大する形状に設けられ、
前記断熱層部は、前記内中子部材の前記凸部の外周面と前記外中子部材の前記凹部の内周面との間に挟まれていることを特徴とする請求項１に記載の鋳造用中子。
【請求項３】
前記外中子部材は、
前記キャビティの内面の側に開口部を有する筒状壁体部と、該筒状壁体部を前記キャビティの内部側で覆うように設けられた先端側壁体部とを備え、
前記基端固定部が前記筒状壁体部の前記開口部に、前記先端固定部が前記先端側壁体部の中心部にそれぞれ設けられ、
前記基端固定部および前記先端固定部の間において、前記内中子部材の外周面と、前記筒状壁体部および前記先端側壁体部の内周面との間が離間されて中空部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の鋳造用中子。
【請求項４】
前記中空部は、真空状態に設けられたことを特徴とする請求項３に記載の鋳造用中子。
【請求項５】
前記外中子部材は、前記キャビティの外部へ前記溶湯から受けた熱を放熱する放熱部を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の鋳造用中子。
【請求項６】
前記断熱層部は、空隙部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の鋳造用中子。
【請求項７】
前記空隙部は、真空状態に設けられたことを特徴とする請求項６に記載の鋳造用中子。
【請求項８】
前記外中子部材を構成する材料の線膨張係数は、前記内中子部材を構成する材料の線膨張係数よりも大きいことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の鋳造用中子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造用中子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば穴などの中空形状を有する部材を鋳造する場合には、鋳造型のキャビティ内に中子（鋳造用中子）を使用しているが、例えば、長い穴などのように、鋳造品（成形品）に求められる中空形状によっては、抜きテーパを十分な大きさに付けられない場合がある。この場合、鋳造後に鋳造品が収縮すると、中子に抱きついてしまい、中子を抜くのが困難になる。離型剤を塗布したり、中子を分解除去できるようにしたりすることも知られているが、いずれも成形品の生産効率を悪化させる原因となる。
このような中子の離型性を改善するための提案として、例えば、特許文献１に記載の技術が知られている。
特許文献１には、外部を線膨張係数の大きな（小さな）金属素材により形成すると共に、内部を線膨張係数の小さな（大きな）金属素材により形成し、成形品の抜き方向に直交する方向における前記線膨張係数の小さな（大きな）金属素材の割合を当該抜き方向に沿って小さく（大きく）したことを特徴とする鋳造型の中子が記載されている。
これらの鋳造型の中子によれば、成形品の抜き方向に直交する断面の熱変形の度合いが、鋳造型に固定された基端部に比べて先端部側で大きくなる。したがって、例えば、溶湯から熱を受けて成形時にストレートな形状となる中子は、冷却時には先端部がより大きく縮径してテーパ形状に変形するため、離型が容易となることが期待される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１０４２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来の鋳造用中子には、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、線膨張係数の異なる金属素材を組合せた二重構造の中子を用い、それぞれの金属素材の線膨張率の差によって、中子の外形が、溶湯充填時に成形品の中空形状に合致する形状となり、冷却時に先端の外形寸法が縮小して、離型性を向上する形状となるようにしている。このため、溶湯からの熱は、中子全体に伝熱されるため、線膨張係数の小さい金属素材も加熱されて熱膨張に寄与する。
離型性を向上するため、中子には大きな形状変化を起こさせる必要があるが、形成すべき中空形状によっては中子全体の熱容量が大きくなりすぎ、成形時の中子の熱変形が少なく、その結果、冷却時におけるテーパの大きさも小さくなり、十分な離型性が得られない場合があるという問題がある。
中子の熱変形を大きくするために、溶湯の温度を上げることも考えられるが、冷却時間が増大するため製造効率が低下したり、成形設備の寿命が低下したりするといった問題がある。
また、同様に、鋳造型や中子に冷却装置を設けることで、中子には大きな形状変化を起こさせることも考えられるが、鋳造型の構造や鋳造装置が複雑となり、製造コストが増大してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、製造効率を低下させることなく、かつ簡素な装置構成により、成形品の離型性を向上することができる鋳造用中子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、溶湯から成形品を鋳造する鋳造型のキャビティ内に設けられた鋳造用中子であって、前記キャビティの内面から前記キャビティの内部側に向かって、前記成形品の抜き方向に沿って突設され、前記キャビティ内に導入される前記溶湯に接触する中子型面が外表面に形成された外中子部材と、該外中子部材の内側で前記抜き方向に沿って延ばされ、前記外中子部材からの伝熱を抑制する断熱層部を挟んで前記外中子部材の内側の固定部で固定された内中子部材とを備え、前記外中子部材の内側の固定部は、少なくとも、前記キャビティの内面近傍の基端固定部と、前記キャビティの内部側の先端部における先端固定部とにおいて、それぞれ前記内中子部材の外周面に対する前記外中子部材の内側の変形を拘束するように設けられるとともに、前記基端固定部から前記先端固定部までの前記各固定部における、前記抜き方向に対する側面側の前記外中子部材の外周面と前記固定部との、前記抜き方向に直交する方向の各間隔が、前記基端固定部側よりも前記先端固定部側の方が大きな間隔となるように設けられた構成とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の鋳造用中子において、前記内中子部材は、前記キャビティの内面から前記キャビティの内部側に向かって、外形寸法が減少する凸部を備え、前記外中子部材は、前記内中子部材の前記凸部に沿う形状の凹部を有するともに、該凹部の内周面から前記中子型面までの前記抜き方向に直交する断面での厚さが、前記キャビティの内面から前記キャビティの内部側に向かって増大する形状に設けられ、前記断熱層部は、前記内中子部材の前記凸部の外周面と前記外中子部材の前記凹部の内周面との間に挟まれている構成とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の鋳造用中子において、前記外中子部材は、前記キャビティの内面の側に開口部を有する筒状壁体部と、該筒状壁体部を前記キャビティの内部側で覆うように設けられた先端側壁体部とを備え、前記基端固定部が前記筒状壁体部の前記開口部に、前記先端固定部が前記先端側壁体部の中心部にそれぞれ設けられ、前記基端固定部および前記先端固定部の間において、前記内中子部材の外周面と、前記筒状壁体部および前記先端側壁体部の内周面との間が離間されて中空部が形成されている構成とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の鋳造用中子において、前記中空部は、真空状態に設けられた構成とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のいずれかに記載の鋳造用中子において、前記外中子部材は、前記キャビティの外部へ前記溶湯から受けた熱を放熱する放熱部を備える構成とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明では、請求項１〜５のいずれかに記載の鋳造用中子において、前記断熱層部は、空隙部を有する構成とする。
【００１２】
請求項７に記載の発明では、請求項６に記載の鋳造用中子において、前記空隙部は、真空状態に設けられた構成とする。
【００１３】
請求項８に記載の発明では、請求項１〜７のいずれかに記載の鋳造用中子において、前記外中子部材を構成する材料の線膨張係数は、前記内中子部材を構成する材料の線膨張係数よりも大きい構成とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の鋳造用中子によれば、断熱層部によって内中子部材の熱膨張を抑制することができ、溶湯からの熱を受けて、主に外中子部材が温度変化に応じて膨張、収縮することで、冷却時に先端側が細る形状を形成することができるため、製造効率を低下させることなく、かつ簡素な装置構成により、成形品の離型性を向上することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る鋳造用中子の概略構成を示す模式的な断面図、そのＡ視の側面図、およびＢ−Ｂ断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る鋳造用中子を用いた鋳造型で成形された成形品の一例を示す模式的な斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る鋳造用中子を用いた成形工程を説明する工程説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の変形例に係る鋳造用中子の概略構成を示す模式的な断面図、そのＣ視の側面図、Ｄ−Ｄ断面図、およびＥ−Ｅ断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る鋳造用中子の概略構成を示す模式的な断面図、そのＦ視の側面図、およびＧ−Ｇ断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る鋳造用中子を用いた成形工程を説明する工程説明図である。
【図７】本発明の第１および第２の実施形態に係る鋳造用中子に好適に用いることができる断熱層部の他例を示す模式的な部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００１７】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る鋳造用中子について説明する。
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る鋳造用中子の概略構成を示す模式的な断面図である。図１（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ図１（ａ）におけるＡ視の側面図およびＢ−Ｂ断面図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る鋳造用中子を用いた鋳造型で成形された成形品の一例を示す模式的な斜視図である。
【００１８】
本実施形態の中子４は、図１（ａ）に示すように、溶湯から成形品を鋳造する鋳造型１０のキャビティ６内に設けられた鋳造用中子である。
以下では、鋳造される成形品が、一例として、図２に示すような成形品８Ｂの場合の例で説明する。
成形品８Ｂは、直径Ｄ０の円筒面状の側面８ｃが一方向に長さＬ０だけ延ばされ、一方の端面８ｂが開口され、他方の端面８ｄが底面を形成する有底円筒部材である。
成形品８Ｂは、長手方向の一方の端面８ｂの中心から内部側に向かって、直径Ｄ（ただし、Ｄ＜Ｄ０）、深さＬ（ただし、Ｌ＜Ｌ０）を有し、側面８ｃと同軸の円筒穴を構成する穴内周面８ａを備えている。ここで、直径Ｄ０と長さＬ０、および直径Ｄと長さＬは、それぞれＤ０＜Ｌ０、Ｄ＜Ｌの関係にある。
成形品８Ｂの抜き方向（以下、単に抜き方向と称する）は、側面８ｃおよび穴内周面８ａの円筒部分の中心軸に沿う方向である。
【００１９】
なお、本実施形態の寸法関係は、鋳造型１０から成形品８Ｂを抜いて取り出す際の温度における寸法関係が重要である。
そこで、以下では、上記直径Ｄ０、Ｄ、長さＬ０、Ｌは、成形品８Ｂの成形が完了して冷却され、鋳造型１０から成形品８Ｂを取り出す際の成形品８Ｂの温度（以下、取り出し温度Ｔｔと称する）における寸法を意味するものとする。ただし、上記直径Ｄ、長さＬについては、取り出し温度Ｔｔは、厳密に言えば、成形品８Ｂから中子４を抜く際の温度であるが、成形品８Ｂは迅速に抜くことができるので、簡単のため、取り出し作業中の成形品８Ｂの温度変化は無視できるものとする。
この取り出し温度Ｔｔは、溶湯全体の固化が終了する固化温度Ｔｋ以下であって、円滑に取り出し作業を行うことができる適宜の温度を採用することができる。このため、常温よりも高い温度、例えば、３２３Ｋ〜５２３Ｋ程度の温度であってもよい。
一方、取り出し温度Ｔｔにおいて、穴内周面８ａの寸法を直径Ｄ×長さＬに形成するためには、溶湯の固化温度Ｔｋにおいて、穴内周面８ａの直径、長さが、それぞれ、Ｄｋ＝Ｄ＋ΔＤ、Ｌｋ＝Ｌ＋ΔＬのように、Ｄ、Ｌよりもわずかに大きな寸法になっている必要がある（ΔＤ＞０、ΔＬ＞０）。
ΔＤ、ΔＬの値は、溶湯の成形収縮による形状変化と、固化温度Ｔｋと取り出し温度Ｔｔとの間の熱収縮による形状変化とを合わせた寸法で、予め、算出しておくことができる。
【００２０】
成形品８Ｂの材質は、鋳造型１０および中子４の材質を適宜選択することにより、鋳造可能な適宜の金属材料を採用することができる。
例えば、アルミニウム合金の例としてはＡＤＣ１２、マグネシウム合金の例としてはＭＤＣ１Ｄなどを挙げることができる。この場合の固化温度Ｔｋは、凝固温度を採用することができる。
また、例えば、温度幅２０Ｋ以上のガラス遷移領域を有する非晶質合金も好適である。本明細書では、非晶質合金の中でも温度幅２０Ｋ以上のガラス遷移領域を有する合金を、金属ガラスと称する。この場合の固化温度Ｔｋは、ガラス遷移温度を採用することができる。
【００２１】
金属ガラスは、複数の金属元素からなる金属原料の溶湯を、臨界冷却速度以上でガラス遷移温度以下になるまで急速冷却することにより形成される。非晶質合金は通常の結晶金属に見うけられるような結晶粒界を有さず、結晶粒界を起因とした粒界腐食（結晶粒界に沿って腐食が進行する現象）を生じないことから、耐食性に優れている。更に、結晶金属のような凝固収縮の発生が少ないことから、成形金型に対する高精度な転写性を有し、かつ熱に対して低膨張である。また、その物性として低ヤング率・高強度・高弾性であることが知られている。
【００２２】
また、金属ガラスは金属材料が以下の（Ｉ）〜（ＩＩＩ）の３条件を満足している場合に得られやすいもので、上記の非晶質合金の特性のみにより決まるものではない。
（Ｉ）３種類以上の金属元素を含むこと。
（ＩＩ）前記３種以上の金属元素が、１２％以上異なる原子径を有すること。例えば、大、中、小の大きさの金属元素が互いに１２％以上異なる原子径を有すること。
（ＩＩＩ）各金属元素が化合物化しやすいこと。すなわち、それぞれの金属元素が互いに引きあう性質を有すること。
金属ガラスとしては、ジルコニウム（Ｚｒ）基合金、鉄（Ｆｅ）基合金、チタン（Ｔｉ）基合金、マグネシウム（Ｍｇ）基合金などが挙げられる。
具体的な例としては、例えば、Ｚｒ５５Ｃｕ３０Ｎｉ５Ａｌ１０、Ｆｅ７５Ｇａ５Ｐ１２Ｃ４Ｂ４、Ｎｉ５３Ｎｂ２０Ｔｉ１０Ｚｒ８Ｃｏ６Ｃｕ３などの組成を挙げることができる。
【００２３】
金属ガラスは、上記で述べた非晶質合金の特性に加え、通常の非晶質合金よりもガラス遷移領域が大きく臨界冷却速度が遅いといった特徴を持っている。
【００２４】
このような成形品８Ｂを鋳造するため、本実施形態の鋳造型１０は、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、外型５、７、および中子４を備える。
外型５は、成形品８Ｂの端面８ｂおよび側面８ｃの形状を成形するために、それぞれに対応したキャビティ底面５ａおよびキャビティ側面５ｂからなる円柱状の空間であるキャビティ６を構成するものである。キャビティ６の大きさは、溶湯材料の成形収縮率や線膨張係数を考慮して、直径Ｄ０×長さＬ０よりもわずかに大きな値に設定される。
キャビティ底面５ａの中心には、中子４を取り付けるため、本実施形態では後述する外中子部材１の基端部の外径に合わせられた直径ｄ２の円孔状の中子取付部５ｃが厚さ方向に貫通して設けられている。
【００２５】
外型７は、キャビティ６を、外型５のキャビティ底面５ａに対向する側で覆うことにより、端面８ｄの形状を成形するものである。本実施形態ではキャビティ側面５ｂの内径より大きい円板部材を採用している。外型７の厚さ方向には、キャビティ６内に溶湯を導入するためのランナー部７ａが設けられている。
【００２６】
外型５、７の材質は、従来の鋳造型同様に、溶湯の金属材料に応じて、適宜の金属材料を採用することができる。例えば、放熱性の良好な金型鋼材であるＳＫＤ１１（ｋ＝２９（Ｗ／ｍＫ）、α＝１２．１×１０−６（１／Ｋ））や超硬合金（ＷＣ）（ｋ＝８５（Ｗ／ｍＫ）、α＝５．５×１０−６（１／Ｋ））などを採用することができる。
ここで、ｋは熱伝導率、αは線膨張係数を表す（以下も同じ）。
外型５、７は、キャビティ６に充填された溶湯の熱を鋳造型１０の外周部に放熱して、迅速に冷却できるように、中子４に比べて熱容量が大きくなっている。
【００２７】
中子４は、成形品８Ｂの中空形状である円筒穴状の穴内周面８ａを形成する丸棒状の部材であり、外中子部材１、内中子部材３、および断熱膜２（断熱層部）を備える。
【００２８】
外中子部材１は、キャビティ６の内面であるキャビティ底面５ａからキャビティ６の内部に向かって、成形品８Ｂの抜き方向に沿って突設され、キャビティ６内に導入される溶湯に接触する中子型面が外表面に形成された部材である。なお、以下では、特に断りなき寸法は、固化温度Ｔｋにおける値を表すものとする。
外中子部材１の外部形状は、突設方向の先端部において、側面視（図１（ａ）のＡ視）で直径ｄ１の円状の先端面１ｂと、先端面１ｂの外周端部から、突設方向の基端部である外型５のキャビティ底面５ａまでの間に延ばされた側面１ａとで形成されている。
先端面１ｂおよび側面１ａは、外中子部材１の中子型面を構成している。
側面１ａは、基端部の外径が直径ｄ２、先端部の外径が直径ｄ１（ただし、ｄ１＜ｄ２）とされ、基端部と先端部の中間部の外径が基端部から先端部に向けて、直径ｄ２から直径ｄ１に漸次減少する円錐台形状を備える。
側面１ａの中心軸の軸線方向は、抜き方向に沿うように設けられている。
また、外中子部材１の内部には、軸方向の貫通孔を構成する内周面１ｃが形成されている。この内周面１ｃの形状は、基端部の内径が直径ｄ２であり、基端側から先端側に向かって内径が漸次縮径されて、先端面１ｂ（図１（ｂ）参照）では、直径ｄ１に比べて小さい直径ｄ０となるような、先端側に縮径された円錐台状の凹部を構成している。
内周面１ｃの中心軸線は、側面１ａの中心軸線と同軸とされている。
【００２９】
このため、外中子部材１の抜き方向に直交する断面は、図１（ｃ）に示すように、外径ｄ３（ただし、ｄ２≧ｄ３＞０）側面１ａと、外径ｄ３よりも小径の内周面１ｃとで囲まれた円環状とされている。
このような形状により、外中子部材１の抜き方向に直交する断面での円環の径方向の厚さは、キャビティ底面５ａからキャビティ６の内部側に向かって、０から（ｄ１−ｄ０）／２まで漸次増大している。
【００３０】
外中子部材１の材質は、適宜の金属材料を採用することができるが、熱膨張係数が大きいことが好ましい。また、熱伝導率も大きいことがより好ましい。例えば、線膨張係数の大きさは、α≧１０×１０−６（１／Ｋ）が好ましく、熱伝導率の大きさは、ｋ≧１０（Ｗ／ｍＫ）であることが好ましい。
例えば、鉄系合金としては、ＳＫＤ１１やＳＵＳ３０３（ｋ＝１６．３（Ｗ／ｍＫ）、α＝１７．２×１０−６（１／Ｋ））、また、非鉄系金属としては、銅（Ｃｕ）（ｋ＝４００（Ｗ／ｍＫ）、α＝１６．８×１０−６（１／Ｋ））などを採用することができる。
【００３１】
内中子部材３は、外中子部材１の内周面１ｃに断熱膜２を介して固定可能な円錐もしくは円錐台状のテーパ部３ａと、このテーパ部３ａを、外型５の中子取付部５ｃに嵌合して取り付ける基端部３ｂとからなる棒状部材である。このため、内中子部材３は、外中子部材１の内側で成形品の抜き方向に沿って延ばされている。また、テーパ部３ａは、キャビティ底面５ａからキャビティ６の内部側に向かって、外形寸法が減少する凸部を構成している。
内中子部材３の材質は、本実施形態では、線膨張係数が、外中子部材１に比べて小さい適宜の金属材料、超硬合金、あるいはセラミックスなどの非金属材料を採用することができる。
例えば、鉄系合金としては、ＳＫＤ１１やＳＵ３０３、また、超硬合金としては、タングステン・カーバイト（ＷＣ）（ｋ＝８５（Ｗ／ｍＫ）、α＝５．５×１０−６（１／Ｋ））、非金属材料としては、アルミナ（ｋ＝３２（Ｗ／ｍＫ）、α＝７．１×１０−６（１／Ｋ））などを採用することができる。
【００３２】
断熱膜２は、外中子部材１と内中子部材３との間の伝熱を抑制するものである。
本実施形態では、外中子部材１の内周面１ｃと、内中子部材３のテーパ部３ａとの間に、略一定の膜厚を有する薄膜層として設けられている。
断熱膜２を通した伝熱量は少なくなればなるほど望ましいが、薄膜層の熱伝導を０にすることは困難である。そのため、断熱膜２の材質は、外中子部材１および内中子部材３の材質の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する材質を採用し、外中子部材１および内中子部材３の間の単位時間当たりの熱伝導を低減することで伝熱を抑制している。外中子部材１および内中子部材３の材質の熱伝導率と、断熱膜２の材質の熱伝導との差は、大きければ大きいほど好ましい。
【００３３】
断熱膜２の材質としては、熱伝導率が低い適宜の材質を採用することができる。例えばセラミックスなどを好適に採用することができる。
断熱膜２の材質の例としては、窒化珪素（ＳｉＮ）（ｋ＝２０（Ｗ／ｍＫ）、α＝２．６×１０−６（１／Ｋ））、ジルコニア（ＺｒＯ２）（ｋ＝３（Ｗ／ｍＫ）、α＝７．９×１０−６（１／Ｋ））、サイアロン（Ｓｉ２−６Ａｌ２Ｏ３Ｎ２−８）のうち、例えばＳｉ３Ａｌ２Ｏ３Ｎ４（ｋ＝２１（Ｗ／ｍＫ）、α＝２．６×１０−６（１／Ｋ））、ホトベール（登録商標）（住金セラミックス（株）製、ｋ＝１．６７（Ｗ／ｍＫ）、α＝８．５×１０−６（１／Ｋ））などを採用することができる。
断熱膜２は、材質にもよるが、例えば、蒸着や焼結などの方法で内中子部材３の表面であるテーパ部３ａに直接形成する方法や、薄層構造や薄いフィルム状に構成して内中子部材３に装着、接合する方法などを採用することができる。
【００３４】
また、内中子部材３、あるいは外中子部材１が、例えば鉄系合金などのように、断熱性の高い酸化皮膜を形成できる場合には、内中子部材３のテーパ部３ｃ、あるいは外中子部材１の内周面１ｃを酸化させて、表面に形成された酸化皮膜を断熱膜２として用いてもよい。
この場合、他の材質をコーティングする場合に比べて、より厚い断熱膜を形成することができるので、断熱性を向上させやすい。
【００３５】
このような構成の中子４は、例えば、機械的に加工して作成した内中子のテーパ面に蒸着、スパッタなどで断熱膜（例えばＺｒＯ２）を形成し、機械的に加工して作成した外中子とロウ付けを行うことにより製造することが出来る。
また、外中子の線膨張係数が大きい材質を用いる場合は、外中子を加熱して膨張させた状態で内中子にかぶせて冷却を行うことで、しまりばめ状態として固定して中子４を得ることも可能である。
【００３６】
このような構成により、外中子部材１の内周面１ｃは、キャビティ底面５ａ近傍からキャビティ６の内部側の先端部まで連続する外中子部材１の内側の固定部を構成しており、基端固定部および先端固定部を兼ねている。そして、内周面１ｃは、それぞれ内中子部材３の外周面であるテーパ部３ａに対する変形が拘束されるように、断熱膜２を介して固定されている。抜き方向に対する側面側の外中子部材１の外周面である側面１ａと固定部である内周面１ｃとの、抜き方向に直交する方向の間隔（外中子部材１の肉厚）は、いずれの位置でも、基端固定部側よりも先端固定部側の方が大きな間隔（厚さ）となるように設けられている。
また、外中子部材１の凹部の内周面から中子型面までの抜き方向に直交する断面での厚さが、キャビティ底面５ａからキャビティ６の内部側に向かって増大する形状に設けられ、断熱膜２は、内中子部材３の凸部の外周面であるテーパ部３ａと外中子部材１の凹部の内周面である内周面１ｃとの間に挟まれている。
【００３７】
次に、本実施形態の中子４の作用について、鋳造型１０による成形品８Ｂの成形方法ととともに説明する。
図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る鋳造用中子を用いた成形工程を説明する工程説明図である。
【００３８】
まず、図１（ａ）に示すように、鋳造型１０を組み立てる。
そして、外型７のランナー部７ａからキャビティ６内に、成形品８Ｂを鋳造するための金属材料を加熱融解させた溶湯８Ａを導入し、キャビティ６内に溶湯８Ａを充填する。図３（ａ）は、この溶湯８Ａの充填後における、外型７を除いた部分を示す。
溶湯８Ａは、外型５のキャビティ底面５ａおよびキャビティ側面５ｂ、外中子部材１の側面１ａおよび先端面１ｂ、ならびに先端面１ｂに露出した断熱膜２にそれぞれ接触する。
外型５、外中子部材１、および断熱膜２は、溶湯８Ａよりも低温のため、溶湯８Ａの熱は、これら外型５、外中子部材１、および断熱膜２に熱伝導され、溶湯８Ａの温度が低下するとともに、外型５、外中子部材１、および断熱膜２が加熱される。これによりそれぞれの温度分布が変化していく。
外型５、外中子部材１、および断熱膜２は、それぞれの温度上昇の大きさに応じて、熱膨張する。
【００３９】
外型５に伝導された熱は、大部分が外型５を温度上昇させた後、外型５の外表面から外部に放熱される。外型５は、中子取付部５ｃで内中子部材３の基端部３ｂと接触しているため内中子部材３にも熱伝導するが、基端部３ｂの面積は外型５の外表面に比べて小さいから内中子部材３に伝熱される熱量は少ない。
一方、外中子部材１に伝導された溶湯８Ａからの熱は、外中子部材１の内部に熱伝導して、断熱膜２に到達するが、断熱膜２の熱伝導率は、外中子部材１の熱伝導率より低いため、内中子部材３への単位時間当たりの伝熱量は、例えば外型５への伝熱量に比べて格段に少ない。
溶湯８Ａの熱は、外型５から急速に放熱されるため、溶湯８Ａが固化温度Ｔｋに達する短い時間内においては、内中子部材３の温度上昇はごくわずかであり、内中子部材３のテーパ部３ａの外径および長さはあまり変わらない。
【００４０】
このようにして、外中子部材１に伝導された溶湯８Ａからの熱は、外中子部材１内に蓄積される。そして、外中子部材１の熱容量が小さいことも相俟って、外中子部材１は急速に温度上昇していき、接触する溶湯８Ａと略等しい温度になる。
外中子部材１の材質として、熱伝導率が大きい材質を選択することが好ましい。この場合、熱伝導率が小さい場合に比べて、熱伝導が促進されるため、温度上昇に要する時間がより短縮されるとともに溶湯８Ａの温度変化により追従しやすくなる。
また、断熱膜２は、先端面１ｂの露出部で溶湯８Ａと直接接触するが、断熱膜２の材質の熱伝導率は小さい。このため露出面積がきわめて小さいことも相俟って、外中子部材１への伝導される熱量に比べて、断熱膜２に直接伝導される熱量は格段に少ない。
【００４１】
このように、溶湯８Ａに略等しい温度に昇温された外中子部材１は、内周面１ｃ側が内中子部材３のテーパ部３ａの形状に拘束されているため、外中子部材１の肉厚（内周面１ｃから側面１ａまでの径方向の寸法）に略比例して熱膨張する。このため、溶湯８Ａから加熱を受ける前の先細の側面１ａの外形寸法は、先端側ほど外形寸法が増大する形状に熱膨張していく。
【００４２】
溶湯８Ａは、固化温度Ｔｋまで冷却されると固化が終了するため、溶湯８Ａが固化温度Ｔｋに達したとき、溶湯８Ａは、外型５のキャビティ底面５ａおよびキャビティ側面５ｂ、中子４の側面１ａおよび先端面１ｂ、ならびに外型７で囲まれるキャビティ６の形状に沿って固化される。
したがって、溶湯８Ａから加熱を受ける前の外中子部材１の先細の外形状を、溶湯８Ａが固化温度Ｔｋに達するときに、熱膨張して成形品８Ｂの穴内周面８ａの直径Ｄｋ×長さＬｋの円柱形状に外形状となるように予め設定しておくことで、成形品８Ｂの穴内周面８ａの中空形状が形成される。
【００４３】
さらに冷却が進むと、外型５、成形品８Ｂ、中子４は、それぞれの熱膨張特性に応じて収縮していく。外型５に対しては、成形品８Ｂの収縮量が大きいため、側面８ｃがキャビティ側面５ｂから離間していく。
また、成形品８Ｂの穴内周面８ａも収縮していくが、中子４の外形状は、加熱時に熱膨張量の大きい先端側ほど、冷却時の収縮量も大きくなるため、外中子部材１の側面１ａは、穴内周面８ａのストレートな円筒面に対して、次第に先端が先細のテーパ形状を呈し、固化した成形品８Ｂの穴内周面８ａから径方向内側に離間していく。
このため、穴内周面８ａが収縮しても、中子４に食いつく（抱きつく）ことがなく、取り出し温度Ｔｔに達したときに、図３（ｂ）に示すように、適度の抜きテーパを有する状態となる。この結果、中子４からの成形品８Ｂの離型性が向上する。したがって、外型７を除去した後、外型５から抜き方向に沿って、成形品８Ｂを円滑に抜いて、鋳造型１０の外部に取り出すことができる。
【００４４】
また、断熱膜２は、熱伝導率が小さいため、伝熱を抑制するものの、加熱時と比べて長時間を要する冷却時においては、断熱膜２は、加熱時に外中子部材１に蓄積された熱を、徐々に内中子部材３に伝熱させる。このため、内中子部材３の基端部３ｄや、基端部３ｄが嵌合された外型５を介して、放熱する伝達路としての働きも有している。これにより、成形品８Ｂの内部側からの冷却を補助する働きもある。
【００４５】
本実施形態においては、中子４の形状や材質を予め適切に選定しておくことで、成形品８Ｂの中空形状を、例えば、抜き方向にストレートな抜き勾配のない形状であっても、良好な形状精度で形成して、円滑な取り出しを行うことができる。
このような中子４の形状や材質の選定方法の一例について説明する。
まず、鋳造型１０、中子４の形状や材質、放熱条件や導入する溶湯の温度等を、仮に設定して、溶湯がキャビティ６内に導入されてからの鋳造型１０内の温度分布を解析する。これにより、キャビティ６内の溶湯８Ａが固化温度Ｔｋまで冷却されたときの外中子部材１、内中子部材３の温度を、それぞれ、例えば、Ｔｏｕｔ、Ｔｉｎ（ただし、Ｔｏｕｔ＞Ｔｉｎ）として求めることができる。本実施形態のように、外中子部材１の熱容量が中分小さい場合には、温度Ｔｏｕｔは、固化温度Ｔｋに等しくなるが、熱容量の大きさによっては、Ｔｏｕｔ＜Ｔｋであってもよい。
【００４６】
次に、温度Ｔｉｎにおける内中子部材３の外形状を求める。
次に、外中子部材１の内周面１ｃが、温度Ｔｉｎにおける内中子部材３のテーパ部３ａの形状に拘束されるという条件の下で、温度Ｔｏｕｔにおける外中子部材１の外形状を求める。この形状が固化温度Ｔｋ時におけるキャビティ６内の中子４の外形状になる。
次に、この外形状と、直径Ｄｋ×長さＬｋの円柱形状との差を算出して、この差を０にするような外中子部材１の形状、基端部の直径ｄ２、先端部の直径ｄ１、長さＬ１の大きさを算出しておき、これを外中子部材１の外形状に設定する。
これにより、成形品８Ｂは、固化温度Ｔｋにおいて、穴内周面８ａが直径Ｄｋ×長さＬｋに形成されるので、取り出し温度Ｔｔでは、直径Ｄ×長さＬの大きさの円筒穴形状に収縮する。
取り出し温度Ｔｔにおける側面１ａのテーパθｔは、次式から算出される。
ただし、（ｄ２−ｄ１）は、Ｌ１、Ｌｋのいずれに比べても十分に微小なので、次式では、Ｌ１＝Ｌｋとして計算してもよい。
【００４７】
θｔ＝ｔａｎ−１｛（ｄ２−ｄ１）／（２・Ｌ１）｝                  ・・・（１）
【００４８】
テーパθｔが小さすぎて、円滑に成形品８Ｂを抜くことができない場合には、外中子部材１の材質をより線膨張係数の大きな材質としたり、断熱膜２の材質をより熱伝導率の小さいものに変更したり、内中子部材３の材質を線膨張係数のより小さな材質としたりして、上記の解析を繰り返して、適切なテーパθｔが得られるようにする。
適切なテーパθｔとしては、外中子の表面粗さとの関係も有るが、一般的な高精度加工において０．１（度）以上であることが好ましく、０．５（度）以上であることがより好ましい。０．１（度）より小さい場合には、外中子の表面粗さの影響が著しく増加し、離型力が増加してしまう傾向があるのである。
【００４９】
本実施形態では、断熱膜２を設けることによって、断熱膜２を設けない場合に比べてより大きなテーパθｔを実現することができる。これについて、具体例に基づいて説明する。
簡単のため、本実施形態に対応して、断熱膜２の熱伝導率ｋ２が非常に小さいものとする。また、外型５から内中子部材３への熱伝導も非常に小さいものとする。
この場合、線膨張係数α３の内中子部材３の外形状の熱膨張、熱収縮は無視することができるので、中子４の外形の形状変化は、線膨張係数α１（ただし、α１＞α３）の外中子部材１の径方向の形状変化のみで決まる。また、Ｔｏｕｔ＝Ｔｋとしてよい。したがって、次式（２）〜（４）が成り立つ。
【００５０】
Ｌ１＝Ｌ＝Ｌｋ                                                    ・・・（２）
Ｄｋ＝ｄ２                                                        ・・・（３）
Ｄｋ＝ｄ１・｛１＋α１・（Ｔｋ−Ｔｔ）｝                          ・・・（４）
【００５１】
式（２）〜（４）を式（１）に代入すると、次式が得られる。
【００５２】
θｔ＝ｔａｎ−１｛ｄ１・α１・（Ｔｋ−Ｔｔ）／（２・Ｌｋ）｝      ・・・（５）
【００５３】
次に比較例として、断熱膜２がない場合の形状変化を考えると、溶湯８Ａの熱は、外中子部材１を介して内中子部材３に容易に熱伝導するので、Ｔｏｕｔ、Ｔｉｎは、簡単のためいずれもＴｋに等しいとする。
この場合、固化温度Ｔｋで、直径Ｄｋ×長さＬｋに膨張するための、基端部および先端部の取り出し温度Ｔｔにおける外径ｄ２’、ｄ１’は、次式から求められる。
【００５４】
Ｄｋ＝ｄ２’・｛１＋α３・（Ｔｋ−Ｔｔ）｝                        ・・・（６）
Ｄｋ＝ｄ１’・｛１＋α１・（Ｔｋ−Ｔｔ）｝                        ・・・（７）
ｄ２’＝ｄ２／｛１＋α３・（Ｔｋ−Ｔｔ）｝                        ・・・（８）
ｄ１’＝ｄ１                                                      ・・・（９）
【００５５】
このため、この場合の取り出し温度Ｔｔにおける外形のテーパθｔ’は、次式の関係を満たす。
【００５６】
ｔａｎθｔ’＝（ｄ２’−ｄ１’）／（２・Ｌｋ）
＝［ｄ２／｛１＋α３・（Ｔｋ−Ｔｔ）｝−ｄ１）］／（２・Ｌｋ）
・・・（１０）
【００５７】
例えば、外中子部材１の材質がＳＫＤ６１（α１＝１２．２×１０−６（１／Ｋ））、内中子部材３の材質が、アルミナ（α３＝７．８×１０−６（１／Ｋ））であり、成形品８Ｂの穴内周面８ａの形状を、Ｄｋ＝φ１０（ｍｍ）、Ｌｋ＝１４（ｍｍ）とし、Ｔｋ＝９９３（Ｋ）、Ｔｔ＝５２３（Ｋ）とすると、テーパθｔ’、θｔ、それぞれ次式のようになる。
【００５８】
ｄ１＝１０／｛（１＋１２．２×１０−６×（９９３−５２３）｝
＝９．９４（ｍｍ）
ｄ２＝２０（ｍｍ）
θｔ＝ｔａｎ−１｛９．９４・１２．２×１０−６×４７０／（２・１４）｝
＝０．１２（度）
θｔ’＝ｔａｎ−１［｛（１０／（１＋７．８×１０−６×４７０））−９．９４｝
／（２・１４）］
＝０．０５（度）
【００５９】
このように、本実施形態によるテーパθｔは断熱膜２がない場合のテーパθｔ’の２倍以上の大きさになることが分かる。
したがって、断熱膜２によって、内中子部材３の熱膨張を抑制することができるため、断熱膜２がない場合に比べてより大きなテーパとなり、中子４の離型性を向上することができることが分かる。
また、上記の例では、Ｔｋ−Ｔｔ＝４７０（Ｋ）の場合の例であるが、溶湯８Ａとして、より融点が高い金属材料、例えば、金属ガラスなどを用いる場合には、テーパθｔは、さらに大きな値に設定することもできる。例えば、Ｔｋ−Ｔｔ＝９５０（Ｋ）の場合、θｔ＝０．２４（度）となる。
【００６０】
また、断熱膜２がない従来技術の場合には、内中子部材３の温度膨張による基端部側での形状変化がある。一方、本実施形態では、内中子部材３の基端部側での形状変化は、ほとんど発生しないため、成形品８Ｂの端面８ｂ側（中子４の基端側）の加工精度を、断熱膜２がない場合に比べて向上することができる。
【００６１】
本実施形態の中子４によれば、断熱膜２によって内中子部材３の熱膨張を抑制することができ、溶湯８Ａからの熱を受けて、主に外中子部材１が温度変化に応じて膨張、収縮することで、冷却時に先端側が細る形状を形成することができる。これにより、溶湯８Ａからの熱の利用効率が向上し、少ない熱量で、成形に必要な中空形状を得る形状変化と、冷却時の必要な抜きテーパを得る形状変化を起こすことができる。
また、例えば、スライド型などによって、鋳造型１０を複雑化させることなく、円滑な離型を行うことができる。
すなわち、本実施形態の中子４によれば、製造効率を低下させることなく、かつ簡素な装置構成により、成形品８Ｂの離型性を向上することができる。
【００６２】
また、本実施形態では、特に溶湯８Ａの材質として金属ガラスを採用すると、融点の高さに応じて溶湯温度が高くなるため、中子４の変形量がより大きくなること、および、金属ガラスは固化時の成形収縮率が小さい材料であることとが相俟って、より離型性を向上させることができる。
【００６３】
また、金属ガラスは、非晶質化させるために、一般の金属材料と比べて、大きな冷却速度で成形を行う必要がある。すなわち、溶湯８Ａの導入から固化までの時間をより短くする必要がある。
本実施形態では、溶湯８Ａからの熱がほぼ外中子部材１のみに伝わることで、成形に必要な形状が得られるため、このような金属ガラスの成形など、短時間で行う成形に特に好適となる。
【００６４】
次に、本実施形態の変形例の鋳造用中子について説明する。
図４（ａ）は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る鋳造用中子の概略構成を示す模式的な断面図である。図４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、図４（ａ）におけるＣ視の側面図、Ｄ−Ｄ断面図、およびＥ−Ｅ断面図である。
【００６５】
本変形例の中子４Ａは、図４（ａ）に示すように、上記第１の実施形態と同様の成形品８Ｂを鋳造するため、鋳造型１０Ａに用いるものである。
鋳造型１０Ａは、上記第１の実施形態の鋳造型１０の中子４を、中子４Ａ（鋳造用中子）に代えたものである。中子４Ａは、上記第１の実施形態の中子４の外中子部材１、内中子部材３、断熱膜２に代えて、それぞれ、外中子部材１Ａ、内中子部材３Ａを備える。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００６６】
外中子部材１Ａは、外中子部材１と同様の側面１ａおよび先端面１ｂからなる外形を有する型形状部１ｄと、型形状部１ｄの基端側（先端面１ｂと反対側）から、外型５の内部側から外部側に貫通するように延ばされた放熱部１ｅとを備える。
型形状部１ｄは、外中子部材１と同様、キャビティ６の内面であるキャビティ底面５ａからキャビティ６の内部に向かって、成形品８Ｂの抜き方向に沿って突設され、キャビティ６内に導入される溶湯に接触するものとなっている。
本実施形態の放熱部１ｅの放熱部外周面１ｇは、側面１ａの基端部の直径ｄ２と等しい円筒面状とされ、外型５の中子取付部５ｃに内嵌して固定されている。また、放熱部１ｅにおける外型５の外部側の放熱部端面１ｈは、外型５の外側表面とほぼ整列された位置で外型５の外部側に露出されている。
また、外中子部材１Ａの内部には、軸方向の貫通孔を構成する内周面１ｆが形成されている。この内周面１ｆの形状は、放熱部１ｅでは、内径ｄ４（ただし、ｄ４＜ｄ２）の円筒面とされている。また、型形状部１ｄでは、放熱部１ｅでの円筒面に接続され、基端側から先端側に向かって内径ｄ４から漸次縮径されて、先端面１ｂ（図４（ｂ）参照）では、外径ｄ１に比べて小さい内径ｄ０となるような、先端側に縮径された円錐台状の凹形状を有する。
内周面１ｆの中心軸線は、放熱部外周面１ｇおよび側面１ａの中心軸線と同軸とされている。
【００６７】
このため、キャビティ６内における外中子部材１Ａの抜き方向に直交する断面は、図４（ｃ）に示すように、外径ｄ３（ただし、ｄ２≧ｄ３＞０）側面１ａと、基端側の内径ｄ４よりも小径の内周面１ｆとで囲まれた円環状とされている。
このような形状により、キャビティ６内における外中子部材１Ａの抜き方向に直交する断面での円環の径方向の厚さは、キャビティ底面５ａからキャビティ６の内部側に向かって、（ｄ２−ｄ４）／２から（ｄ１−ｄ０）／２まで漸次増大している。
【００６８】
外中子部材１Ａの材質は、上記第１の実施形態の外中子部材１と同様の金属材料を採用することができる。
特に、外中子部材１Ａにおいては、熱伝導率が大きい材質ほど、放熱部１ｅの放熱効果を高めることができて好ましい。
【００６９】
内中子部材３Ａは、外中子部材１Ａの型形状部１ｄの内周面１ｆに断熱膜２を介して固定可能な円錐もしくは円錐台状のテーパ部３ｃと、外中子部材１Ａの放熱部１ｅの内周面１ｆに内嵌される円柱状の基端部３ｄとからなる棒状部材である。このため、内中子部材３Ａは、外中子部材１Ａの内側で成形品の抜き方向に沿って延ばされている。
内中子部材３Ａの材質は、上記第１の実施形態の内中子部材３と同様の材質を採用することができる。
【００７０】
次に、本変形例の中子４Ａの作用について、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
本変形例の中子４Ａは、キャビティ６内では、上記第１の実施形態の外中子部材１に比べて、抜き方向に沿う外中子部材１Ａの径方向の厚さが基端側でやや厚く、これに対応して内中子部材３に比べて内中子部材３Ａの外径が基端側でやや小さいものの、基端側から先端側に向かって、外中子部材１Ａの径方向の厚さが漸次増大する点で、上記第１の実施形態と同様の作用を備える。
このため、外中子部材１Ａの形状や材質を適宜選定することで、上記第１の実施形態と同様に、製造効率を低下させることなく、かつ簡素な装置構成により、成形品８Ｂの離型性を向上することができる。
ここで、放熱部１ｅの内径ｄ４は、あまり小さくしすぎると、外中子部材１Ａの径方向の厚さの変化が小さくなって、良好な離型性が得られなくなるので、放熱部１ｅの径方向の厚さ（ｄ２−ｄ４）／２は、厚くなりすぎないようにする。例えば、厚さ（ｄ２−ｄ４）／２は、外中子部材１Ａの先端部の厚さ（ｄ１−ｄ０）／２ｄ１の概ね５％〜２０％程度であることが好ましい。
【００７１】
中子４Ａは、このように放熱部１ｅを備えることで、溶湯８Ａから外中子部材１Ａに伝熱された熱を、基端部３ｄを介して放熱性の良好な外型５に、また、放熱部端面１ｈを介して外型５の外部に、それぞれ放熱することができる。
このため、外中子部材１Ａは、まったく放熱部を有しない上記第１の実施形態の外中子部材１に比べて放熱が促進されるため、溶湯８Ａの冷却速度を向上することができる。したがって、金属ガラスのようなアモルファスな合金（非晶質合金）を鋳造する際には結晶化してしまう可能性を低減することができる。
また、外中子部材１Ａの先端側が迅速に縮径するため、成形後速やかに離型することができ、鋳造の生産性を向上することができる。
【００７２】
なお、本実施形態の放熱部１ｅは、全体として熱容量が小さい外中子部材１Ａのうちでも、最も薄い厚さになっている。このため、溶湯８Ａが高温である充填初期には、外中子部材１Ａに伝熱される熱量が格段に大きく、外中子部材１Ａが、穴内周面８ａの形状を形成する形状に熱膨張する時間の遅れはほとんど無視できる程度である。
【００７３】
また、放熱部１ｅを有することで、外中子部材１Ａは、内中子部材３Ａの外周面全体に密着する二重構造となっており、内中子部材３Ａと外中子部材１Ａとの間の保持力が向上する。このため、成形品８Ｂの離型の際に、離型力によって外中子部材１Ａが脱落することを防止することができる。特に、上記の説明のように、放熱部１ｅと基端部３ｂとを直接密着させると、外中子部材１Ａと内中子部材３Ａとの間の保持力をより強固にすることができる。
なお、必要な保持力が得られる場合には、断熱膜２は、放熱部１ｅと基端部３ｂとの間にまで延在して設けてよい。この場合、内中子部材３Ａと外中子部材１Ａとの間の断熱性能をさらに向上することができる。
【００７４】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る鋳造用中子について説明する。
図５（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る鋳造用中子の概略構成を示す模式的な断面図である。図５（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ図５（ａ）におけるＦ視の側面図およびＧ−Ｇ断面図である。
【００７５】
本実施形態の中子２４は、図５（ａ）に示すように、上記第１の実施形態と同様の成形品８Ｂを鋳造するため、鋳造型２０に用いるものである。
鋳造型２０は、上記第１の実施形態の鋳造型１０の中子４を、中子２４（鋳造用中子）に代えたものである。中子２４は、上記第１の実施形態の中子４の外中子部材１、内中子部材３に代えて、それぞれ、外中子部材２１、内中子部材２３を備え、上記第１の実施形態の断熱膜２に代えて、断熱膜２２ａ、２２ｂ（断熱層部）を備えるものである。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００７６】
外中子部材２１は、キャビティ底面５ａの側に開口部を有する筒状壁体部２１Ａと、筒状壁体部２１Ａをキャビティ６の内部側で覆うように設けられた先端側壁体部２１Ｂとを備える。
筒状壁体部２１Ａは、上記第１の実施形態の外中子部材１の側面１ａに対応して、同形状の外周側面２１ａを外周側に備え、外周側面２１ａの裏面には側部内周面２１ｃが形成されている。本実施形態では、筒状壁体部２１Ａの厚さは、開口部を除いて一定とされている。
筒状壁体部２１Ａの開口部には、断熱膜２２ｂと当接して固定するため、外中子部材２１の基端側から先端側に向かって縮径するテーパ状の固定部２１ｅ（基端側固定部）が設けられている。
外周側面２１ａの寸法は、基端側が外径ｄ２、先端側が外径ｄ１である。
先端側壁体部２１Ｂは、中心部に断熱膜２２ａと当接して固定するため、ほぼ円孔状の固定部２１ｆ（先端側固定部）が貫通され、直径ｄ１の外周部が、筒状壁体部２１Ａの先端側の端部に接続されている。先端側壁体部２１Ｂは、外表面側に、上記第１の実施形態の外中子部材１の先端面１ｂに対応して、先端面２１ｂを備え、先端面２１ｂの裏面に底部内周面２１ｄが形成されている。本実施形態では、先端側壁体部２１Ｂの厚さは一定とされている。
固定部２１ｆの外周側面２１ａ側の内径はｄ０とされている（図５（ｂ）参照）。
ただし、先端側壁体部２１Ｂは、キャビティ底面５ａから先端面２１ｂにおける固定部２１ｆまでの距離がＬ１とされ、キャビティ底面５ａから先端面２１ｂの外縁部までの距離がL２（ただし、Ｌ２＜Ｌ１）とされている。
外中子部材２１の材質は、上記第１の実施形態の外中子部材１と同様の材質を採用することができる。
【００７７】
内中子部材２３は、外中子部材２１の固定部２１ｅ、２１ｆでそれぞれ断熱膜２２ａ、２２ｂを介して固定可能な円錐台状のテーパ部２３ａと、このテーパ部２３ａを外型５の中子取付部５ｃに嵌合して取り付ける基端部２３ｂとからなる棒状部材である。
このため、内中子部材２３は、外中子部材２１の内側で成形品の抜き方向に沿って延ばされている。
また、内中子部材２３の中心軸線は、外中子部材２１の中心軸線と同軸とされている。
テーパ部２３ａの先端部の外径は、固定部２１ｆの内径ｄ０から断熱膜２２ｂの厚さの２倍を引いた円形とされている。本実施形態では、テーパ部２３ａの先端面は外中子部材２１の先端面２１ｂに整列され、溶湯に接触されるようになっている。
内中子部材２３の材質は、上記第１の実施形態の内中子部材３と同様の材質を採用することができる。
【００７８】
断熱膜２２ａ、２２ｂは、外中子部材２１と内中子部材２３との間の伝熱を抑制するもので、本実施形態では、外中子部材２１の固定部２１ｅ、２１ｆに対向する範囲における内中子部材２３のテーパ部２３ａ上に、略一定の膜厚を有する薄膜層として設けられている。
断熱膜２２ａ、２２ｂの材質は、上記第１の実施形態の断熱膜２と同様の材質を採用することができる。
【００７９】
このような構成により、外中子部材２１と内中子部材２３との間には、側部内周面２１ｃ、テーパ部２３ａ、および底部内周面２１ｄで囲まれた閉空間からなる中空部２２ｃが形成されている。
このため、筒状壁体部２１Ａおよび先端側壁体部２１Ｂは、固定部２１ｅ、２１ｆが内中子部材２３に固定され、筒状壁体部２１Ａの先端部と先端側壁体部２１Ｂの外周部が連結された状態で、熱変形すること可能になっている。このため、特に、筒状壁体部２１Ａの中間部では、径方向および軸方向への移動が容易となっている。
また、中空部２２ｃにより、外中子部材２１の側部内周面２１ｃおよび底部内周面２１ｄと、内中子部材２３のテーパ部２３ａとは、互いに離間されているため、断熱膜２２ａ、２２ｂと同様に、外中子部材２１と内中子部材２３との間の伝熱を抑制する断熱層部を構成している。
中空部２２ｃの内部には、例えば、大気圧の空気や不活性ガスが封止されていてもよいが、本実施形態では真空状態とされている。このため、中空部２２ｃは、大気圧の空気や不活性ガスが封止された場合に比べて、格段に優れた断熱性を有している。
【００８０】
このような構成により、本実施形態は、外中子部材２１と内中子部材２３との固定部が、基端固定部および先端固定部のみからなる場合の例となっている。
そして、基端固定部および先端固定部では、抜き方向に対する側面側の外中子部材２１の外周面である外周側面２１ａと固定部との、抜き方向に直交する方向の各間隔が、基端固定部側では、固定部２１ｅと外周側面２１ａとの間の厚さであり、先端固定部側では、固定部２１ｆと外周側面２１ａとの間の間隔、すなわち、（ｄ２−ｄ０）／２である。このため、基端固定部側の間隔よりも先端固定部側の方が大きな間隔となっている。
【００８１】
次に、本実施形態の中子２４の作用について、鋳造型２０による成形品８Ｂの成形方法とともに説明する。
図６（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る鋳造用中子を用いた成形工程を説明する工程説明図である。
【００８２】
本実施形態の成形方法は、上記第１の実施形態の鋳造型１０に代えて鋳造型２０を用いて行うもので、上記第１の実施形態の中子４と、本実施形態の中子２４との間の構造上の相違に基づいて、それぞれの熱変形が異なるのみである。以下では、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００８３】
図５（ａ）に示すように組み立てられた鋳造型２０のキャビティ６内に、成形品８Ｂを鋳造するための金属材料を加熱融解させた溶湯８Ａを導入し、キャビティ６内に溶湯８Ａを充填する。図６（ａ）は、この溶湯８Ａの充填後における、外型７を除いた部分を示す。
溶湯８Ａは、中子２４の外表面では、外中子部材２１の外周側面２１ａおよび先端面２１ｂ、ならびに先端面２１ｂに露出した断熱膜２２ｂおよび内中子部材２３にそれぞれ接触する。
ここで、内中子部材２３は、小面積の先端部が溶湯８Ａと接触する他は、上記第１の実施形態の内中子部材３と同様に、断熱膜２２ａ、２２ｂ、中空部２２ｃによって、外中子部材２１からの伝熱が抑制されているため、内中子部材３とほぼ同様に、溶湯８Ａが固化温度Ｔｋに達するまでの時間ではほとんど温度上昇しない。
このため、溶湯８Ａからの熱は、ほとんどが外中子部材２１の温度上昇に寄与する。
外中子部材２１は、上記第１の実施形態の外中子部材１に比べて中空部２２ｃを有する分だけ、熱容量が小さいから、外中子部材１よりも迅速に温度上昇して、より短時間で溶湯８Ａとほぼ同温度となる。
【００８４】
温度上昇された外中子部材２１は、温度上昇分に応じて熱膨張する。
外中子部材２１は、固定部２１ｅ、２１ｆで内中子部材２３と固定されているので、外周側面２１ａ、先端面２１ｂの形状は、筒状壁体部２１Ａ、先端側壁体部２１Ｂの厚さに関係なく、筒状壁体部２１Ａの軸方向の長さ、および先端側壁体部２１Ｂの外径の熱膨張によって決まる。このため、上記第１の実施形態の式（２）、（３）とともに、取り出し温度Ｔｔにおける長さＬ２と、外径ｄ２、ｄ１とを、次式の関係を満足するように、設定しておく。
【００８５】
Ｄｋ＝（ｄ１−ｄ０）・｛１＋α１・（Ｔｋ−Ｔｔ）｝＋ｄ０        ・・・（１１）
Ｌｋ＝Ｌ１＝Ｌ２・｛１＋α１・（Ｔｋ−Ｔｔ）｝                  ・・・（１２）
【００８６】
溶湯８Ａは、固化温度Ｔｋに達すると固化が終了するため、溶湯８Ａが固化温度Ｔｋに達したとき、中子２４の外表面では、外周側面２１ａ、先端面２１ｂ、および先端面２１ｂに整列された内中子部材２３の先端面の形状に沿って固化される。
したがって、成形品８Ｂの穴内周面８ａの直径Ｄｋ×長さＬｋの中空形状が形成される（図６（ａ）参照）。
【００８７】
さらに、冷却が進むと、外型５、成形品８Ｂ、中子４は、それぞれの熱膨張特性に応じて、収縮していく。外型５に対しては、上記第１の実施形態と同様、側面８ｃは、次第にキャビティ側面５ｂから離間していく。
また、成形品８Ｂの穴内周面８ａも均等に収縮していくが、中子２４の外形状は、図６（ｂ）に示すように、先端側壁体部２１Ｂの外径がＤｋからｄ１になるように円錐台状に収縮するため、側面８ｃに対して、先端側（穴内周面８ａの抜き方向奥側）ほど、収縮量が大きくなる。このため、外中子部材２１の外周側面２１ａは、穴内周面８ａのストレートな円筒面に対して、次第に先端が先細のテーパ形状を呈し、穴内周面８ａから径方向内側に離間していく。
この結果、穴内周面８ａが収縮しても、中子２４に食いつくことがなく、取り出し温度Ｔｔに達したときに、適度の抜きテーパθｔを有する状態となる。ここで、テーパθｔは、上記第１の実施形態の式（１）と同様になる。
したがって、中子２４からの成形品８Ｂの離型性が向上する。この結果、外型７を除去した後、外型５から抜き方向に沿って、成形品８Ｂを円滑に抜いて、鋳造型２０の外部に取り出すことができる。
【００８８】
本実施形態の中子２４によれば、断熱膜２２ａ、２２ｂ、中空部２２ｃによって内中子部材２３の熱膨張を抑制することができ、溶湯８Ａからの熱を受けて、主に外中子部材１が温度変化に応じて膨張、収縮することで、冷却時に先端側が細る形状を形成することができる。これにより、溶湯８Ａからの熱の利用効率が向上し、少ない熱量で必要な形状変化を起こすことができる。
そして、冷却時には、先端側壁体部２１Ｂが冷却されることで収縮すると、穴内周面８ａに対して外中子部材２１の先端側から徐々に剥離するように離間されていく。したがって、上記第１の実施形態のように、外中子部材１の全体が冷却されることで全体的に、成形品８Ｂの穴内周面８ａから離間する場合に比べてより容易に離間される。
本実施形態では、このように、外中子部材２１が薄肉の構造を取るため、加熱時の熱膨張も、冷却時の熱収縮も、上記第１の実施形態に比べてより迅速に行うことができる。
また、上記第１の実施形態と同様、必要な形状変化を起こす目的のために、例えば、加熱機構を追加して溶湯の温度を高温化したり、冷却装置を追加したりしなくてもよい。
また、例えば、スライド型などによって、鋳造型２０を複雑化させることなく、円滑な離型を行うことができる。
すなわち、本実施形態の中子２４によれば、製造効率を低下させることなく、かつ簡素な装置構成により、成形品８Ｂの離型性を向上することができる。
【００８９】
また、本実施形態では、外中子部材２１が薄肉構造を取ることで、中子２４の実質的な熱容量が小さくなるので、溶湯８Ａを冷却する冷却効果が低い。このため、例えば、中子２４と接触しても、溶湯８Ａの固化が進行しにくいので、成形品８Ｂが薄肉構造物であっても高い充填性が得られる。
【００９０】
また、本実施形態でも、上記第１の実施形態と同様に、溶湯８Ａの材質として金属ガラスを採用すると、金属ガラスは溶湯温度が極めて高くなるため、中子２４の変形量がより大きくこと、および、金属ガラスは、固化時の成形収縮率が小さい材料であることが相俟って、より離型性を向上させることができる。
また、溶湯８Ａからの熱がほぼ外中子部材２１のみに伝わることで、成形に必要な形状が得られるため、金属ガラスの成形など、短時間で行う成形により一層好適となる。
【実施例】
【００９１】
次に、上記第１の実施形態において、外中子部材１、内中子部材３、断熱膜２、溶湯８Ａの材質を変えた場合の実施例１〜６について、比較例１〜３とともに説明する。
ここでは、材質の違い等による離型性の違いを評価するため、すべての実施例および比較例において、成形品８Ｂの形状は、温度２９８（Ｋ）において、Ｄ＝１０（ｍｍ）、Ｌ＝１４（ｍｍ）、Ｄ０＝１１（ｍｍ）、Ｌ０＝１５（ｍｍ）とし、中子４の寸法は、同様に温度２９８（Ｋ）において、ｄ１＝９．９３（ｍｍ）、ｄ２＝１０（ｍｍ）、Ｌ１＝１０（ｍｍ）とした。したがって、これらの寸法は、各材質に応じて最適化されたものではなく、実施例３において、取り出し温度Ｔｔ（２９８Ｋ）におけるテーパが、概ねθｔ＝０．１（度）となるように選定されている。
各実施例、比較例の詳細な条件および評価結果について、次の表１に示す。
【００９２】
【表１】
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【００９３】
［各実施例の説明］
実施例１は、溶湯８Ａとして、アルミニウム合金ＡＤＣ１２を採用した、溶湯温度ＴはＴ＝９９３（Ｋ）、固化温度Ｔｋは、Ｔｋ＝８４３（Ｋ）、取り出し温度Ｔｔは、Ｔｔ＝２９８（Ｋ）である。また、内中子部材３の材質はアルミナとし、外中子部材１の材質は、鉄系合金のＳＫＤ１１とした。また、断熱膜２は、厚さ１０μｍのＺｒＯ２を採用した（実施例２〜６も同じ）。
実施例２は、実施例１において、溶湯８Ａの材質を、ＡＤＣ１２に代えてマグネシウム合金であるＭＤＣ１Ｄ（Ｔ＝９２３（Ｋ）、Ｔｋ＝７８３（Ｋ）、Ｔｔ＝２９８（Ｋ））とし、断熱膜２の材質をアルミナに代えて、ＳＫＤ１１とした例である。
実施例３は、実施例２において、溶湯８Ａの材質を、ＭＤＣ１Ｄに代えて金属ガラスを形成するための材質であるＺｒ５５Ｃｕ３０Ｎｉ５Ａｌ１０（Ｔ＝１３７３（Ｋ）、Ｔｋ＝７６３（Ｋ）、Ｔｔ＝２９８（Ｋ））とした例である。
実施例４は、実施例２において、溶湯８Ａの材質を、ＭＤＣ１Ｄに代えて金属ガラスを形成するための材質であるＦｅ７５Ｇａ５Ｐ１２Ｃ４Ｂ４（Ｔ＝１３７３（Ｋ）、Ｔｋ＝８２３（Ｋ）、Ｔｔ＝２９８（Ｋ））とし、外中子部材１の材質として、ＳＫＤ１１に代えてＣｕとした例である。
実施例５は、実施例２において、溶湯８Ａの材質を、ＭＤＣ１Ｄに代えて金属ガラスを形成するための材質であるＮｉ５３Ｎｂ２０Ｔｉ１０Ｚｒ８Ｃｏ６Ｃｕ３（Ｔ＝１２７３（Ｋ）、Ｔｋ＝８２３（Ｋ）、Ｔｔ＝２９８（Ｋ））とし、外中子部材１、内中子部材３の材質として、それぞれＳＵＳ３０３を採用した例である。
実施例６は、実施例５において、溶湯８Ａの材質を、Ｎｉ５３Ｎｂ２０Ｔｉ１０Ｚｒ８Ｃｏ６Ｃｕ３に代えてＺｒ５５Ｃｕ３０Ｎｉ５Ａｌ１０とし、内中子部材３の材質として、ＷＣを採用した例である。
【００９４】
［各比較例の説明］
比較例１は、実施例１において、中子４に代えて、ＳＫＤ１１による直径１０（ｍｍ）×長さ１４（ｍｍ）の一体型の円柱ピンからなる中子を用いた場合の例である。このため、本比較例は、実施例１に対して、断熱膜２がなく、冷却時の中子に先細のテーパが生じない場合の例になっている。
比較例２は、実施例１において、断熱膜２を除去し、アルミナ製の内中子部材３とＳＫＤ１１製の外中子部材１とを直接接触させた場合の例になっている。
比較例３は、実施例３において、中子４に代えて、ＳＫＤ１１による直径１０（ｍｍ）×長さ１４（ｍｍ）の円柱ピンからなる中子を用いた場合の例である。
【００９５】
［評価方法の説明］
上記各実施例、比較例の条件に基づいて、鋳造成形を行って、離型を試み、その結果を評価した。
評価結果○は、一体型のテーパ付きの中子（テーパ角は０．５度）と同等以上の容易さで離型することができ、かつ、成形品８Ｂの穴内周面８ａや中子の表面にダメージが見られず、実用に十分耐える結果であったことを示す。
評価結果△は、離型はできたものの、成形品８Ｂの穴内周面８ａや中子の表面に傷などのダメージが見られたため、許容できないことを示す。
評価結果×は、離型自体が困難であったことを示す。
【００９６】
［評価結果について］
上記表１に示すように、実施例１〜６の離型性の評価結果は○であった。一体型のテーパ付き中子では、各実施例のようなストレートな円筒穴形状は成形できないのに対して、これら実施例では、ストレートな円筒穴形状の穴内周面８ａを形成できた。
一方、比較例１、３は、それぞれ実施例１、３に対応して、それぞれテーパのない円柱状の中子で、鋳造を行った場合の例になっている。この場合、いずれも、評価結果は×で、離型は困難であった。
また、比較例２は、実施邸１において、断熱膜２のみを削除した場合の例であり、アルミナとＳＫＤ１１の線膨張係数の差、および外中子部材１の抜き方向における厚さの変化によって、冷却時に、先細のテーパが形成できるため、先細のテーパのない比較例１のように、離型できなくなることはなかったが、評価結果は△であった。
これは、断熱膜２がないため、アルミナ製の内中子部材３の線膨張係数とＭＤＣ１Ｄ製の外中子部材１の線膨張係数の差に対応したテーパが形成されるため、冷却時に実施例１に比べて小さいテーパしか形成されないためである。
【００９７】
また、実施例のうちでも、実施例３〜６と、実施例１、２とを比べると、実施例３〜６のように金属ガラスによる鋳造の方が、より離型性が優れていた。
これは、金属ガラスは、溶融温度が１０００度程度とアルミニウム合金やマグネシウム合金に比べて高いため、外中子部材１の温度変化による変形量が大きくなることと、および、急冷固化によって非晶質となることによりアルミニウム合金やマグネシウム合金に比べて固化収縮が格段に小さいため、固化収縮による中子への抱きつきの度合いは軽減されることとの相乗効果によると考えられる。
すなわち、中子が変形してから離型可能であるため、硬度の高い金属ガラスから外中子部材１の表面がまず剥離してから抜かれることとなり、外中子部材１の表面と成形品８Ｂの穴内周面８ａがせん断方向に摩擦をされにくいため、硬度の高い金属ガラスによる中子４の磨耗や傷などのダメージを効果的に回避することができる。
また、逆に、金属ガラスは、多くの型材料よりも弾性率や硬度が高いため、十分なテーパがないと離型時に型を損傷しやすく、従来技術では、ストレートな円筒穴形状の成形には、スライド型などが必要となり、型構造が複雑かつ高価なものとなってしまう。
【００９８】
なお、上記の説明では、断熱層部が、熱伝導率の小さい薄膜層からなる場合、および熱伝導固体が除去された中空部からなる場合の例で説明したが、外中子部材と内中子部材との間に、空隙部を設け、熱伝導に寄与する接触面積を低減することにより、伝熱を抑制する構成としてもよい。
このような断熱層部が空隙部を有する場合について、図７を参照して説明する。
図７は、本発明の第１および第２の実施形態に係る鋳造用中子に好適に用いることができる断熱層部の他例を示す模式的な部分拡大断面図である。
【００９９】
図７に示す断熱層部２Ａは、上記各実施形態、変形例の外中子部材１、１Ａ、２１や内中子部材３、３Ａ、２３において、断熱膜２、断熱膜２２ａ、２２ｂなどに代えて用いることができるものである。以下では、外中子部材１および内中子部材３に適用した場合の例で説明する。
断熱層部２Ａは、外中子部材１の内周面１ｃに形成された微細な凹凸を有する粗面１００と、内中子部材３のテーパ部３ａに形成された微罪な凹凸を有する粗面１０１とが、当接して接合され、粗面１００、１０１の各凸部同士が点接触するように固定され、粗面１００、１０１の間に、微細な多数の空隙部１０２が形成されたものである。
粗面１００、１０１は、例えば、表目粗さの粗い機械加工を行ったり、ブラスト加工を施したり、さらにそのような粗面の凹凸を化学処理によって増大させたりして形成することができる。
このような構成の断熱層部２Ａによれば、外中子部材１と内中子部材３との間の真実接触面積が低下して、熱伝導路の面積が小さくなるとともに、空隙部１０２によって、伝熱が抑制される。
空隙部１０２は、真空状態とすれば、より断熱性が向上するので、より好ましい。
【０１００】
このような空隙部を有する断熱層部のさらに他の例としては、微小な穴や気泡を有するポーラスな材料による層膜を形成する形態を挙げることができる。
【０１０１】
また、上記の説明では、鋳造用中子で形成される成形品の中空形状としてストレートな円筒穴を有する棒状部材を鋳造する場合の例で説明したが、これは、一例であって、成形品の形状はこれに限定されない。例えば、中空形状の断面形状は、例えば、多角形や楕円などの任意の形状を採用することができる。
また、鋳造用中子で形成される成形品の中空形状は、抜き方向にストレートな穴部に限らず、抜き方向にストレートな貫通孔でもよい。
また、鋳造用中子で形成される成形品の中空形状は、もともと抜き勾配が付いた形状としてもよいし、冷却時の外中子部材を抜き方向に引き抜くことができる形状であれば逆テーパのついた形状であってもよい。このため、外中子部材の外形は、取り出し温度において、抜き方向に沿って先細となるテーパを有することが好ましいが、場合によっては抜き方向にストレートであってもよい。
また、外中子部材の外形は、階段状であってもよい。
【０１０２】
また、上記第１の実施形態の変形例の説明では、放熱部１ｅは、外中子部材１Ａと同材質で一体に形成する場合の例で説明したが、放熱部１ｅは、溶湯８Ａには接触しないので、例えば、融点は低いが、型形状部１ｄよりも熱伝導率が高い材質による別部材で構成してもよい。
【０１０３】
また、上記の説明では、断熱層部を設けることで、内中子部材の温度上昇を抑制していたが、より効率的に内中子部材の温度上昇を抑制するため、あるいは、冷却時の冷却効率を向上するため、例えば、内中子部材の内部に冷媒を流す冷却用の配管を設けておき、必要に応じて内中子部材の冷却を行える構成としてもよい。
【０１０４】
また、上記の説明では、鋳造用中子は、キャビティ内に導入された溶湯から熱を受けて、熱膨張するようにした場合の例で説明したが、鋳造用中子は、少なくとも溶湯と接触する外中子部材を、溶湯導入前に加熱しておき、十分に膨張させておいてから鋳造を行ってもよい。
【０１０５】
また、上記の第２実施形態の説明では、内中子部材２３は、テーパ部２３ａを有するとして説明したが、第２の実施形態では、固定部２１ｅ、２１ｆをそれぞれ固定する位置の外形が変化していればよい。このため、中空部２２ｃに接するテーパ部２３ａの軸方向の中間部では、筒状壁体部２１Ａ、先端側壁体部２１Ｂの熱変形を妨げない限りは任意の断面形状を採用することができる。例えば、階段状の先細形状であってもよいし、固定部２１ｅの先端側から、外径ｄ０の円柱状に延ばされた形状でもよい。
【０１０６】
また、上記の説明では、内中子部材の基端部の外形寸法は、外中子部材１の基端側の外形寸法である外径ｄ２と同じ値とした例で説明したが、これは一例であり、内中子部材の基端部の寸法は、外中子部材の基端側の外形寸法と異なっていてもよい。冷却時に、成形品の冷却を内部側から促進する点では、内中子部材の基端部は外中子部材の基端側の外形寸法に比べて大きいことが好ましい。
【０１０７】
また、上記の各実施形態、変形例等で説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせて実施することができる。
例えば、上記第１の実施形態の変形例の放熱部１ｅを、上記第２の実施形態の外中子部材２１に組み合わせて実施してもよい。
また、例えば、内中子部材３の先端部は、内中子部材２３の先端部と同様に、溶湯８Ａと接触する形状としてもよい。
【０１０８】
請求項１に記載の発明では、溶湯から成形品を鋳造する鋳造型のキャビティ内に設けられた鋳造用中子であって、前記キャビティの内面から前記キャビティの内部側に向かって、前記成形品の抜き方向に沿って突設され、前記キャビティ内に導入される前記溶湯に接触する中子型面が外表面に形成された外中子部材と、該外中子部材の内側で前記抜き方向に沿って延ばされ、前記外中子部材からの伝熱を抑制する断熱層部を挟んで前記外中子部材の内側の固定部で固定された内中子部材とを備え、前記外中子部材の内側の固定部は、少なくとも、前記キャビティの内面近傍の基端固定部と、前記キャビティの内部側の先端部における先端固定部とにおいて、それぞれ前記内中子部材の外周面に対する前記外中子部材の内側の変形を拘束するように設けられるとともに、前記基端固定部から前記先端固定部までの前記各固定部における、前記抜き方向に対する側面側の前記外中子部材の外周面と前記固定部との、前記抜き方向に直交する方向の各間隔が、前記基端固定部側よりも前記先端固定部側の方が大きな間隔となるように設けられた構成とする。
この発明によれば、鋳造型のキャビティ内に溶湯が導入されると、溶湯は中子型面に接触し、外中子部材が加熱され熱膨張する。外中子部材は内側の固定部で、外中子部材からの伝熱を抑制する断熱層部を挟んで、内中子部材と固定されているため、溶湯からの熱は、主に外中子部材を熱膨張させるのに使われ、内中子部材はほとんど熱膨張しない。したがって、主として外中子部材の熱膨張により中子型面の形状が変化する。
溶湯の充填が完了して鋳造型を通して放熱が進むと、溶湯が冷却され、熱膨張した外中子部材の中子型面に沿って固化し、成形品の中空形状が成形される。同時に、外中子部材も収縮していく。
外中子部材の内側の固定部は、少なくとも、キャビティの内面近傍の基端固定部と、キャビティの内部側の先端部における先端固定部とにおいて、それぞれ内中子部材の外周面に対する外中子部材の内側の変形を拘束するように設けられるとともに、基端固定部から先端固定部までの各固定部における、抜き方向に対する側面側の外中子部材の外周面と固定部との、抜き方向に直交する方向の各間隔が、基端固定部側よりも先端固定部側の方が大きな間隔となるように設けられている。
このため、外中子部材は、各固定部において、固定部から抜き方向に対する側面側の外中子部材の外周面が、固定部からこの外周面までの間隔に応じた熱膨張量で熱膨張する。したがって、一定の温度上昇による熱膨張量、熱収縮量が、基端固定部側よりも先端固定部側の方が大きくなる。この結果、中子型面の形状が、成形品の中空形状の奥側となる外中子部材の先端側でより大きく変化して、冷却時には、熱膨張時に比べて全体として先端側が細る形状となる。
【０１０９】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の鋳造用中子において、前記内中子部材は、前記キャビティの内面から前記キャビティの内部側に向かって、外形寸法が減少する凸部を備え、前記外中子部材は、前記内中子部材の前記凸部に沿う形状の凹部を有するともに、該凹部の内周面から前記中子型面までの前記抜き方向に直交する断面での厚さが、前記キャビティの内面から前記キャビティの内部側に向かって増大する形状に設けられ、前記断熱層部は、前記内中子部材の前記凸部の外周面と前記外中子部材の前記凹部の内周面との間に挟まれている構成とする。
この発明によれば、内中子部材の、キャビティの内面からキャビティの内部側に向かって、外形寸法が減少する凸部に、断熱層部を挟んで外中子部材が固定される。
外中子部材は、内中子部材の凸部に沿う形状の凹部を有するともに、この凹部の内周面から中子型面までの抜き方向に直交する断面での厚さが、キャビティの内面からキャビティの内部側に向かって増大する形状に設けられるので、外中子部材の凹部の内周面が、断熱層部の作用によりほとんど熱膨張しない内中子部材の凸部の外周面の形状に拘束される。このため、外中子部材は、抜き方向に直交する方向の厚さに応じて、熱膨張するため、冷却時には、成形品の中空形状の奥側に当たる外中子部材の先端側がより大きく収縮して、中子型面では、熱膨張時に比べて全体として先端側が細る形状となる。
【０１１０】
請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の鋳造用中子において、前記外中子部材は、前記キャビティの内面の側に開口部を有する筒状壁体部と、該筒状壁体部を前記キャビティの内部側で覆うように設けられた先端側壁体部とを備え、前記基端固定部が前記筒状壁体部の前記開口部に、前記先端固定部が前記先端側壁体部の中心部にそれぞれ設けられ、前記基端固定部および前記先端固定部の間において、前記内中子部材の外周面と、前記筒状壁体部および前記先端側壁体部の内周面との間が離間されて中空部が形成されている構成とする。
この発明によれば、筒状壁体部と先端側壁体部とを備える外中子部材が、筒状壁外部の開口部の基端固定部と先端側壁体部の中心部の先端固定部とでそれぞれ断熱層部を挟んで、内中子部材に固定されている。これら基端固定部と先端固定部との間には、内中子部材の外周面と、筒状壁体部および先端側壁体部の内周面との間が離間された中空部が形成されているので、断熱層部および中空部の作用により、外中子部材から内中子部材への伝熱が抑制される。
加熱された外中子部材の筒状壁体部および先端側壁体部は、それぞれが固定された位置で内周面が内中子部材に拘束された状態で熱膨張し、熱膨張量は、それぞれにおける外中子部材の内周面と外周面との間の抜き方向に直交する方向の間隔に比例する。このため、筒状壁体部の基端固定部における外形寸法は、ほとんど変化せず、中子型面の先端側の外形寸法は、先端側壁体部の抜き方向に直交する方向の熱膨張によって変化する。
したがって、冷却時には、成形品の中空形状の奥側に当たる外中子部材の先端側がより大きく収縮して、中子型面では、熱膨張時に比べて全体として先端側が細る形状となる。
【０１１１】
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の鋳造用中子において、前記中空部は、真空状態に設けられた構成とする。
この発明によれば、中空部による断熱性を向上することができる。
【０１１２】
請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のいずれかに記載の鋳造用中子において、前記外中子部材は、前記キャビティの外部へ前記溶湯から受けた熱を放熱する放熱部を備える構成とする。
この発明によれば、放熱部を通して、溶湯によって加熱された外中子部材の熱が、キャビティの外部に迅速に放熱される。
【０１１３】
請求項６に記載の発明では、請求項１〜５のいずれかに記載の鋳造用中子において、前記断熱層部は、空隙部を有する構成とする。
この発明によれば、断熱層部が空隙部を備えるため、簡素な構成で伝熱を抑制することができる。
【０１１４】
請求項７に記載の発明では、請求項６に記載の鋳造用中子において、前記空隙部は、真空状態に設けられた構成とする。
この発明によれば、空隙部による断熱性を向上することができる。
【０１１５】
請求項８に記載の発明では、請求項１〜７のいずれかに記載の鋳造用中子において、前記外中子部材を構成する材料の線膨張係数は、前記内中子部材を構成する材料の線膨張係数よりも大きい構成とする。
この発明によれば、内中子部材に伝熱されて、内中子部材がある程度熱膨張したとしても、外中子部材の温度変化による形状の変化が内中子部材に比べて相対的に大きくなる。
【符号の説明】
【０１１６】
１、１Ａ、２１  外中子部材
１ａ  側面
１ｂ  先端面
１ｃ、１ｆ  内周面
１ｄ  型形状部
１ｅ  放熱部
２、２２ａ、２２ｂ  断熱膜（断熱層部）
３、３Ａ、２３  内中子部材
３ａ、３ｃ、２３ａ  テーパ部
３ｂ、３ｄ、２３ｂ  基端部
４、４Ａ、２４  中子（鋳造用中子）
５、７  外型
５ａ  キャビティ底面（キャビティの内面）
６  キャビティ
８Ａ  溶湯
８Ｂ  成形品
８ａ  穴内周面
１０、１０Ａ、２０  鋳造型
２１Ａ  筒状壁体部
２１Ｂ  先端側壁体部
２１ａ  外周側面
２１ｂ  先端面
２１ｃ  側部内周面
２１ｄ  底部内周面
２１ｅ  固定部（基端固定部）
２１ｆ  固定部（先端固定部）
２２ｃ  中空部（断熱層部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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